西門子CPUCR60處理器6ES7288-1CR60-0AA0是S7-200 SMART，CPU CR60， 緊湊型 CPU，AC/DC/繼電器， 機(jī)載 I/O： 36 個(gè) 24V DC 數(shù)字輸入；24 個(gè) 2A 繼電器數(shù)字輸出； 電源：交流 47-63Hz 時(shí) 85-264V AC， 程序存儲(chǔ)器/數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器 20 KB

摘要：本文結(jié)合火電廠DCS在生產(chǎn)運(yùn)行中出現(xiàn)的故障實(shí)例，對(duì)DCS故障進(jìn)行了分類和分析，并就如何維護(hù)DCS以及減少DCS故障提出了具體辦法和措施。

一、分散控制系統(tǒng)(DCS)概述

DCS具有通用性強(qiáng)、系統(tǒng)組態(tài)靈活、控制功能完善、數(shù)據(jù)處理方便、顯示操作集中、人機(jī)界面友好、安裝簡(jiǎn)單規(guī)范化、調(diào)試方便、運(yùn)行安全可靠的特點(diǎn)，在國(guó)內(nèi)外電力、石油、化工、冶金、輕工等生產(chǎn)領(lǐng)域特別是大型發(fā)電機(jī)組有著較為廣泛的應(yīng)用。目前國(guó)內(nèi)應(yīng)用較多的的品牌主要有：

(1)國(guó)外品牌：美國(guó)ABB、西屋、德國(guó)西門子、日本橫河、日立等;

(2)國(guó)內(nèi)：國(guó)電智深、和利時(shí)、新華等。

DCS的安全、可靠與否對(duì)于*保*機(jī)組的安全、穩(wěn)定運(yùn)行至關(guān)重要，若發(fā)生問(wèn)題將有可能造成機(jī)組設(shè)備的嚴(yán)重?fù)p壞甚至人身安全事故。所以非常有必要分析DCS運(yùn)行中出現(xiàn)的各類問(wèn)題，采取措施提高火電廠DCS的安全可靠性。

二、DCS在生產(chǎn)過(guò)程中的故障情況

每個(gè)廠家的DCS都有其各自的特點(diǎn)，因此其故障的現(xiàn)象分析和處理不盡相同，但歸納起來(lái)由DCS引起機(jī)組二類及以上障礙可劃分為三大類：

(1)系統(tǒng)本身問(wèn)題，包括設(shè)計(jì)安裝缺陷、軟硬件故障等。

(2)人為因素造成的故障，包括人員造成的誤操作，管理制度不完善及執(zhí)行環(huán)節(jié)落實(shí)。

(3)系統(tǒng)外部環(huán)境問(wèn)題造成DCS故障。如環(huán)境溫度過(guò)高、濕度過(guò)高或過(guò)低、粉塵、振動(dòng)以及小動(dòng)物等因素造成異常。

2.1 DCS本身問(wèn)題故障實(shí)例

此類故障在生產(chǎn)過(guò)程中較為常見(jiàn)，主要包括系統(tǒng)設(shè)計(jì)安裝缺陷，控制器(DPU或CPU)的死機(jī)、脫網(wǎng)等故障，操作員站黑屏，網(wǎng)絡(luò)通訊堵塞，軟件存在缺陷，系統(tǒng)配置較低，與其他系統(tǒng)及設(shè)備接口存在問(wèn)題等。

2.1.1 電源及接地問(wèn)題：

(1)某電廠DCS電源系統(tǒng)采用的是ABB公司Symphony III型電源，但基建時(shí)仍按照II型電源的接地方式進(jìn)行機(jī)柜安裝，與III型電源接地技術(shù)要求差異很大。機(jī)組投產(chǎn)以來(lái)發(fā)生多次DCS模件故障、信號(hào)跳變、硬件燒壞的情況，疑與接地系統(tǒng)有關(guān)。同樣，某電廠在基建期間DCS接地網(wǎng)設(shè)計(jì)制作安裝存在問(wèn)題，DCS系統(tǒng)運(yùn)行后所有熱電阻熱電偶溫度測(cè)點(diǎn)出現(xiàn)周期波動(dòng)。

(2)某廠因電源連線松動(dòng)而導(dǎo)致汽機(jī)側(cè)控制系統(tǒng)失效。

經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)：DCS沒(méi)有良好的接地系統(tǒng)和合理的電纜屏蔽，不僅系統(tǒng)干擾大，控制系統(tǒng)易誤發(fā)信號(hào)，還易使模件損壞。可見(jiàn)，UPS電源、控制系統(tǒng)接地等存在問(wèn)題將給電廠投產(chǎn)后DCS的安全穩(wěn)定運(yùn)行留下極大隱患。因此，DCS系統(tǒng)電源設(shè)計(jì)一定要有可靠的后備手段，負(fù)荷配置要合理并有一定余量;DCS的系統(tǒng)接地必須嚴(yán)格遵守制造廠技術(shù)要求(如制造廠無(wú)特殊說(shuō)明應(yīng)按照DLT774規(guī)定執(zhí)行)，所有進(jìn)入DSC系統(tǒng)控制信號(hào)的電纜必須采用質(zhì)量合格的屏蔽電纜，并要同動(dòng)力電纜分開(kāi)敷設(shè)且有良好的單端接地。

2.1.2 系統(tǒng)配置問(wèn)題：

(1)浙江某電廠DCS(T-ME/XP系統(tǒng))頻繁故障和死機(jī)造成機(jī)組停運(yùn)事故。7、8機(jī)組(2*330MW)，從1997年2月試生產(chǎn)至5月，兩臺(tái)機(jī)組共發(fā)生22次DCS系統(tǒng)故障和死機(jī)，造成機(jī)組不正常跳閘8次。之后又多次發(fā)生操作畫面故障(8號(hào)機(jī)組有兩次發(fā)生全部6臺(tái)操作站“黑屏”)，嚴(yán)重威脅機(jī)組安全。經(jīng)分析認(rèn)為其DCS系統(tǒng)存在以下幾個(gè)方面的問(wèn)題：(1)DCS工程設(shè)計(jì)在性能計(jì)算軟件、開(kāi)關(guān)量冗余配置上存在問(wèn)題。(2)硬件配置不匹配(其中包括T-ME和T-XP兩種系統(tǒng)的匹配和通信問(wèn)題)。(3)個(gè)別硬件設(shè)計(jì)不完善。(4)進(jìn)一步分析，關(guān)鍵的CS275(下層T-ME)通訊總線負(fù)荷率過(guò)高出現(xiàn)“瓶頸”問(wèn)題現(xiàn)象。而歐洲T-ME/XP系統(tǒng)用戶在配置合理的前提下，T-ME/XP系統(tǒng)使用情況基本良好。

 

2.1.3 控制器(DPU或CPU)故障

(1)某電廠300MW #2機(jī)組HIACS-5000CM控制系統(tǒng)FSSS1的CPU故障，且未將控制權(quán)交出，從CPU未能切換為主控，導(dǎo)致該部分系統(tǒng)控制設(shè)備無(wú)法操作(設(shè)備保持原狀態(tài)工作)。在對(duì)主CPU執(zhí)行在線更換步序至停電時(shí)，從CUP切換主控CPU，系統(tǒng)設(shè)備受控，更換原主控CPU后系統(tǒng)一切正常。

(2)ABB早期某時(shí)間生產(chǎn)的SYMPHONY 同一PCU機(jī)柜內(nèi)不同控制器之間通訊出現(xiàn)數(shù)據(jù)不一致的情況，通過(guò)升級(jí)固件這一問(wèn)題得到解決；

(3)新華控制XDPS系統(tǒng)早期某批次DPU曾多次出現(xiàn)離線、死機(jī)現(xiàn)象，經(jīng)檢查為DPU卡件個(gè)別電容問(wèn)題，經(jīng)升級(jí)更換卡件問(wèn)題解決。

由于目前DCS的控制器均為冗余配置，大大減少了主控制器“異?！币l(fā)機(jī)組跳閘的次數(shù)。但是，一旦一對(duì)冗余的控制器同時(shí)死機(jī)，將直接威脅到安全生產(chǎn)，對(duì)于此類情況一定要采取措施切實(shí)避免。

2.1.4 DCS網(wǎng)絡(luò)故障

(1)某電廠西屋WDPF控制系統(tǒng)，由于多次改造系統(tǒng)增加了大量測(cè)點(diǎn)和自動(dòng)控制回路，系統(tǒng)負(fù)荷率高達(dá)70%以上，造成網(wǎng)絡(luò)通訊堵塞，多次出現(xiàn)操作員進(jìn)行操作、切換畫面時(shí)間過(guò)長(zhǎng)、畫面黑屏等問(wèn)題。后經(jīng)升級(jí)改造為OVATION系統(tǒng)，系統(tǒng)正常。

(2)某電廠600MW機(jī)組負(fù)荷508MW，工況穩(wěn)定，汽輪機(jī)所有調(diào)門突然大幅擺動(dòng)，經(jīng)檢查故障原因是機(jī)組運(yùn)行時(shí)M5 控制器的轉(zhuǎn)速信號(hào)短時(shí)間內(nèi)由3000r/min 變成了0r/min，又馬上恢復(fù)，調(diào)門擺動(dòng)的原因也是M3和M5通訊時(shí)出現(xiàn)掉數(shù)據(jù)現(xiàn)象，導(dǎo)致Trip Bias(跳閘偏置)信號(hào)在機(jī)組運(yùn)行時(shí)由0變?yōu)?，引起所有調(diào)門大幅擺動(dòng)。對(duì)該問(wèn)題采取措施：對(duì)PCU 控制總線的通訊信號(hào)進(jìn)行多重化處理，對(duì)通訊信號(hào)增加一定延時(shí)，躲過(guò)通訊信號(hào)瞬間跳變；對(duì)重要的通訊信號(hào)采用了通訊冗余。

2.1.5 DCS軟件問(wèn)題

(1)某電廠300MW供熱機(jī)組DCS調(diào)試過(guò)程中未對(duì)測(cè)點(diǎn)品質(zhì)參數(shù)進(jìn)行修改，致使其模擬量測(cè)點(diǎn)只有在斷線的情況下才認(rèn)為是壞品質(zhì)測(cè)點(diǎn)，未充分起到品質(zhì)校驗(yàn)功能。后對(duì)所有測(cè)點(diǎn)品質(zhì)參數(shù)進(jìn)行了設(shè)置，提高了設(shè)備運(yùn)行的可靠性。

(2)HIACS-5000CM控制系統(tǒng)畫面組態(tài)時(shí)，雙擊grab組態(tài)工具后，彈出 c++錯(cuò)誤窗口無(wú)法正常使用。經(jīng)檢查發(fā)現(xiàn)grab.ini 文件被改動(dòng)過(guò)，從其他機(jī)器拷貝文件覆蓋后，工具恢復(fù)正常。因?yàn)間rab 非正常退出后保留了錯(cuò)誤的信息在grab.ini 文件中。

(3)某電廠除氧器水位控制回路邏輯是由高加水位控制邏輯拷貝修改而成，修改過(guò)程不徹底，PID參數(shù)未根據(jù)除氧器情況設(shè)置整定，造成運(yùn)行中除氧器上水門發(fā)散調(diào)節(jié)，調(diào)節(jié)品質(zhì)惡化。采取措施：檢查邏輯，重新整定PID參數(shù)。

2.1.6 系統(tǒng)接口問(wèn)題

某電廠200MW供熱機(jī)組電氣并網(wǎng)信號(hào)至DEH只有一路，在機(jī)組正常運(yùn)行的過(guò)程中該電氣并網(wǎng)輔助接點(diǎn)故障出現(xiàn)抖動(dòng)，造成汽輪機(jī)跳閘。采取措施：使用屏蔽通訊電纜，增加冗余接點(diǎn)信號(hào)，并進(jìn)行3取2邏輯判斷。

2.2 人為因素造成DCS故障實(shí)例

人為因素造成DCS的故障，在生產(chǎn)過(guò)程中也較為常見(jiàn)。包括人員造成的誤操作，管理制度不完善及未按規(guī)程規(guī)定執(zhí)行工作步驟等。

2.2.1 未按規(guī)程規(guī)定執(zhí)行工作步驟

(1)某電廠新華XDPS系統(tǒng)DEH的#12DPU故障，對(duì)其在線更換，使用的是小機(jī)MEH系統(tǒng)的DPU備品。在更換DPU后，只將#32主控DPU拷貝至#12副控未寫電子磁盤，其實(shí)質(zhì)只是將副控DPU的內(nèi)存內(nèi)容與主控保持一致，#12DPU電子磁盤內(nèi)容仍為MEH小機(jī)控制邏輯。在系統(tǒng)停電吹灰后，按順序啟動(dòng)#12DPU成為主控，由于其邏輯為MEH邏輯而非DEH邏輯，造成系統(tǒng)通訊異常、數(shù)據(jù)頻閃、畫面顯示不正常，人機(jī)接口站無(wú)法操作。在重新對(duì)#12DPU送電，拷貝#32DPU邏輯并寫盤后正常。

(2)某電廠HIACS-5000CM控制系統(tǒng)，循環(huán)水泵房遠(yuǎn)程I/O卡件更換，未執(zhí)行在線更換操作步驟，其卡件未能激活進(jìn)入工作狀態(tài)，導(dǎo)致現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備狀態(tài)與DCS畫面不符，設(shè)備無(wú)法控制。執(zhí)行在線更換步序后，系統(tǒng)正常。

2.2.2 人員誤操作

(1)某電廠機(jī)組運(yùn)行中，在進(jìn)行處理缺陷時(shí)工作人員誤動(dòng)DCS繼電器柜繼電器造成引風(fēng)機(jī)跳閘，鍋爐MFT。

(2)某電廠DCS卡件故障，在進(jìn)行更換卡件過(guò)程中，由于工作人員未認(rèn)真核對(duì)設(shè)備、卡件跳線錯(cuò)誤，導(dǎo)致新更換的卡件燒損。

2.2.3 管理制度不完善

(1)某電廠DCS系統(tǒng)管理制度不完善，未對(duì)軟件升級(jí)、備份等工作進(jìn)行規(guī)定。其輔網(wǎng)水處理POK1操作員站在升級(jí)打補(bǔ)丁后，未進(jìn)行備份。該操作員站硬盤出現(xiàn)故障在進(jìn)行系統(tǒng)恢復(fù)后，由于其軟件版本較低，導(dǎo)致與網(wǎng)絡(luò)通訊不正常，數(shù)據(jù)不刷新。

(2)某電廠操作員站管理不嚴(yán)，其放置于集控室的主機(jī)USB端口及光驅(qū)未進(jìn)行有效封閉，個(gè)別運(yùn)行人員夜班期間利用操作員站玩游戲、看電影，導(dǎo)致操作員站死機(jī)。

2.3 外部環(huán)境因素造成DCS故障實(shí)例

外部環(huán)境因素造成DCS故障的數(shù)量相比于前兩類問(wèn)題而言相對(duì)較少，但在實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中也時(shí)有發(fā)生。

(1)某電廠電子設(shè)備間風(fēng)道口正處于DPU機(jī)柜上方，由于設(shè)計(jì)和其他原因，機(jī)組運(yùn)行中消防水通過(guò)風(fēng)道流入DCS機(jī)柜，導(dǎo)致DPU、服務(wù)器等設(shè)備進(jìn)水燒損，機(jī)組停運(yùn)。

(2)某電廠循環(huán)水泵房遠(yuǎn)程IO柜，由于底部封堵不嚴(yán)，造成冬季老鼠竄入，在機(jī)柜上部溫度較高處構(gòu)筑巢穴，*終造成遠(yuǎn)程IO脫雙網(wǎng)。

(3)某電廠電子設(shè)備間的封閉性較差，卡件、DPU積灰較為嚴(yán)重，曾多次出現(xiàn)故障。在采取完善電子間封閉、加裝空調(diào)等措施后卡件、DPU等故障基本杜絕。